Hadron - Hadron

z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Jak hadrony zapadají do dvou dalších tříd subatomárních částic , bosonů a fermionů

V částicové fyziky , je hadron / h æ d r ɒ n / ( poslech )O tomto zvuku ( starořečtina : ἁδρός , Romanizedhadrós , „tlusté, husté“) je složený subatomární částice vyrobené ze dvou nebo více kvarky drží pohromadě pomocí silný interakce . Jsou analogické molekulám, které drží pohromadě elektrická síla . Většina hmoty běžné hmoty pochází ze dvou hadronů: protonu aneutron , zatímco většina hmoty protonů a neutronů je zase způsobena vazebnou energií jejich kvarků, které jsou součástí, díky silné síle.

Hadrony jsou rozděleny do dvou širokých rodin: baryony , tvořené lichým počtem kvarků (obvykle tři kvarky) a mezony , složené ze sudého počtu kvarků (obvykle dva kvarky: jeden kvark a jeden antikvark ). Protony a neutrony (které tvoří většinu hmotnosti atomu ) jsou příklady baryonů; piony jsou příkladem mezonu. V posledních letech byly objeveny „exotické“ hadrony , obsahující více než tři valenční kvarky. Tetraquark state (AN exotické meson ), pojmenovaný Z (4430) - , byl objeven v roce 2007 Belle Collaboration a potvrzen jako rezonance v roce 2014 ze strany LHCb spolupráce. Dva pentaquarkové státy ( exotické baryony ), pojmenované P+
c
(4380)
a P+
c
(4450)
, byly objeveny v roce 2015 spoluprací LHCb . Existuje několik dalších exotických kandidátů na hadrony a další kombinace kvarků barev a singletů, které mohou také existovat.

Téměř všechny „volné“ hadrony a antihadrony (to znamená izolovaně a nejsou vázány v atomovém jádru ) jsou považovány za nestabilní a nakonec se rozpadají (rozpadají) na jiné částice. Jedinou známou (možnou) výjimkou jsou volné protony, které se zdají být stabilní , nebo alespoň jejich rozpadu trvá obrovské množství času (řádově 10 34+  let). Pro srovnání: volné neutrony jsou nejdelší nestabilní částice s rozpadem s poločasem asi 611 sekund. „Vázané“ protony a neutrony, obsažené v atomovém jádru , jsou obecně považovány za stabilní. Experimentálně je fyzika hadronů studována srážkou protonů nebo jader hustých, těžkých prvků, jako je olovo nebo zlato, a detekováním úlomků ve vyrobených sprchách částic. Stejný proces probíhá v přirozeném prostředí, v extrémní horní atmosféře, kde jsou mezony, jako jsou piony a miony -leptony, které se naivně zdají téměř identické-produkovány srážkami kosmického záření s částicemi vzácného plynu ve vnější atmosféře.

Terminologie a etymologie

Termín „hadron“ je nové řecké slovo, které představil LB Okun a na plenárním zasedání na Mezinárodní konferenci o fyzice vysokých energií v CERNU v roce 1962 . Úvodní slovo zahájil definicí pojmu nové kategorie:

Bez ohledu na skutečnost, že se tato zpráva zabývá slabými interakcemi, budeme často muset hovořit o silně interagujících částicích. Tyto částice nepředstavují jen četné vědecké problémy, ale také terminologický problém. Jde o to, že „ silně interagující částice “ je velmi nemotorný termín, který se nepoddává tvorbě přídavného jména. Z tohoto důvodu, vezmeme-li jen jeden případ, rozpady na silně interagující částice se nazývají „ neleptonické “. Tato definice není přesná, protože „neleptonický“ může také znamenat fotonický. V této zprávě budu silně interagující částice nazývat „hadrony“ a odpovídající rozpady „hadrony“ (řecké ἁδρός znamená „velké“, „masivní“, na rozdíl od λεπτός, což znamená „malé“, „světlo“). Doufám, že se tato terminologie ukáže jako výhodná. - LB Okun (1962)

Vlastnosti

Zelená a purpurová („antigreen“) šipka, která se navzájem bíle ruší a představuje mezon;  červená, zelená a modrá šipka, která se ruší na bílou, což představuje baryon;  žlutá („antiblue“), purpurová a azurová („antired“) šipka, která se ruší na bílou, což představuje antibaryon.
Všechny typy hadronů mají nulový celkový barevný náboj (zobrazeny tři příklady)

Podle kvarkového modelu vlastnosti hadronů primárně určují jejich takzvané valenční kvarky . Například proton se skládá ze dvou až kvarků (každý s elektrického náboje ++2 / 3 , tedy celkem + 4 / 3 dohromady) a jeden dolů tvaroh (s elektrickým nábojem -+1 / 3 ). Sečtením těchto hodnot získáte protonový náboj +1. Ačkoli kvarky také nesou barevný náboj , hadrony musí mít nulový celkový barevný náboj kvůli jevu, kterému se říká barevné omezení . To znamená, že hadrony musí být „bezbarvé“ nebo „bílé“. Nejjednodušší způsob, jak k tomu dojít, je kvark jedné barvy a antikvark odpovídající antikolory nebo tři kvarky různých barev. Hadrony s prvním uspořádáním jsou typem mezonu a ty s druhým uspořádáním jsou typem baryonu .

Bezhmotné virtuální gluony skládají drtivou většinu částic uvnitř hadronů, stejně jako hlavní složky jeho hmoty (s výjimkou těžkého kouzla a spodních kvarků ; horní kvark zmizí, než se stihne vázat na hadron). Síla silných gluonů, které váží kvarky dohromady, má dostatečnou energii ( E ), aby měla rezonance složené z masivních ( m ) kvarků ( Emc 2 ). Jedním z výsledků je, že krátkodobé páry virtuálních kvarků a antikvarků se neustále vytvářejí a opět mizí uvnitř hadronu. Protože virtuální kvarky nejsou stabilní vlnové pakety (kvanta), ale nepravidelný a přechodný jev, nemá smysl ptát se, který kvark je skutečný a který virtuální; pouze malý přebytek je zvenčí patrný ve formě hadronu. Když je tedy uvedeno, že hadron nebo anti-hadron obsahuje (obvykle) 2 nebo 3 kvarky, technicky to znamená konstantní nadbytek kvarků vs. antikvarků.

Stejně jako ve všech elementárních částic , hadrons jsou přiřazeny kvantová čísla odpovídající reprezentací v skupiny Poincaré : J PC ( m ), kde J je spin kvantové číslo, P vnitřní parity (nebo P-parity ), C nabíjecí konjugaci (nebo C-parita ), a m je hmotnost částice . Všimněte si, že hmotnost hadronu má velmi málo společného s hmotností jeho valenčních kvarků; spíše kvůli ekvivalenci hmoty a energie pochází většina hmoty z velkého množství energie spojené se silnou interakcí . Hadrony mohou také nést kvantová čísla chutí, jako je isospin ( parita G ) a podivnost . Všechny kvarky nesou aditivní, konzervované kvantové číslo nazývané baryonové číslo ( B ), které je ++1 / 3 pro kvarků a -+1 / 3 pro antiquarks. To znamená, že baryony (složené částice tvořené třemi, pěti nebo větším lichým počtem kvarků) mají B  = 1, zatímco mezony mají B  = 0.

Hadrony mají vzrušené stavy známé jako rezonance . Každý základní hadron může mít několik excitovaných stavů; při pokusech bylo pozorováno několik stovek rezonancí. Rezonance se díky silné jaderné síle rozpadají extrémně rychle (během asi 10 až 24  sekund ).

V dalších fázích z hmoty hadrons může zmizet. Například při velmi vysoké teplotě a vysokém tlaku, pokud není dostatečně mnoho příchutí kvarků, teorie kvantové chromodynamiky (QCD) předpovídá, že kvarky a gluony již nebudou uzavřeny v hadronech, „protože síla silné interakce klesá s energií “. Tato vlastnost, která je známá jako asymptotická volnost , byla experimentálně potvrzena v energetickém rozmezí mezi 1  GeV (gigaelectronvolt) a 1  TeV (teraelectronvolt). Všechny volné hadrony kromě ( možná ) protonu a antiprotonu jsou nestabilní .

Baryoni

Baryony jsou hadrony obsahující lichý počet valenčních kvarků (nejméně 3). Většina dobře známých baryonů, jako je proton a neutron, má tři valenční kvarky, ale bylo prokázáno, že existují i pentaquarky s pěti kvarky-třemi kvarky různých barev a také jedním dalším párem kvark-antikvark. Protože baryony mají lichý počet kvarků, jsou to také všechny fermiony , tj . Mají otáčení napůl celé číslo . Protože kvarky mají baryonové číslo B  =  1 / 3 , baryony mají baryonové číslo B  = 1. Pentaquarky mají také B  = 1, protože baryonová čísla extra kvarku a antikvarku se ruší.

Každý typ baryonu má odpovídající antičástici (antibaryon), ve které jsou kvarky nahrazeny jejich odpovídajícími antikvarky. Například, stejně jako je proton tvořen dvěma up-kvarky a jedním down-kvarkem, jeho odpovídající antičástice, antiproton, je vyrobena ze dvou up-antiquarků a jednoho down-antiquarku.

V srpnu 2015 jsou známy dva pentaquarky, P+
c
(4380)
a P+
c
(4450)
, oba objevené v roce 2015 spoluprací LHCb .

Mesons

Mezony jsou hadrony obsahující sudý počet valenčních kvarků (nejméně 2). Většina dobře známých mezonů se skládá z dvojice kvark-antikvark, ale možná byly objeveny možné tetraquarky (4 kvarky) a hexakvarky (6 kvarků, které obsahují buď dibaryon nebo tři páry kvark-antikvark), které se vyšetřují, aby se potvrdila jejich povaha. Může existovat několik dalších hypotetických typů exotických mezonů , které nespadají do kvarkového modelu klasifikace. Patří sem glueballs a hybridní mezony (mezony vázané excitovanými gluony ).

Protože mezony mají sudý počet kvarků, jsou to také všechny bosony s celočíselným spinem , tj . 0, +1 nebo −1. Mají baryonové číslo B  =  1 / 3 - 1 / 3  = 0. Příklady mezonů běžně produkovaných v experimentech částicové fyziky zahrnují piony a kaony . Pioni také hrají roli při držení atomových jader pohromadě prostřednictvím zbytkové silné síly .

Viz také

Poznámky pod čarou

Reference

externí odkazy

  • Slovníková definice hadronu na Wikislovníku